재생가능한 에너지 연료전지를 위한 필수 반응

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-15

댈라웨어대(University of Delaware)의 연구자들이 실제 가능한 방출 제로의 자동차를 만들기 위해 해결해야 할 중요한 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 연구를 지속하고 있다. 공학적, 그리고 경제학적 관점에서의 이슈에 대한 질문들이 댈라웨어대 공대 교수인 Yushan Yan 및 그가 이끄는 연구팀에 의해 연구되었다. 수소연료전지(Hydrogen fuel cells)가 아마도 방출이 전혀 없는 차량에 전력을 공급하는데 최고의 대안이 될 수 있을 것으로 보인다. 도요타는 일본에서 수소로 움직이는 차량을 이미 소개한 바 있으며 2015년에는 미국에서 이들을 실제로 이용할 수 있을 것으로 보인다. 하지만, 이들 연료 전지들은 반응속도를 증가시키기 위해 전기촉매(electrocatalyst, 백금 표면)를 필요로 하며, 여기에 이용되는 비싼 금속들이 수소연료전지를 내부연소엔진(internal combustion engine)과 경쟁하는데 불리하게 만드는 원인이 되고 있다. Yan의 연구팀은 니켈과 같이 백금에 비해 수천 배 싼 금속 촉매를 이용한 알칼라인 고분자(alkaline polymer)를 이용해 새로운 종류의 연료 전지를 만드는 연구를 수행하고 있다. 하지만, 알칼라인 고분자를 이용하는 것은 pH를 높게 만들고 이로 인해 산 조건에서는 반응이 100배 가량 느리게 일어난다. 알칼리 조건에서 잘 작동하며 저렴한 비용의 전기촉매를 만들기 위해 연구자들은 정확하게 이 반응이 어떻게 일어나는지, 그리고 이 메커니즘에서 가장 중요한 것이 무엇인지를 알아야만 했다. Nature Communication지에 게재된 Yan 연구팀의 논문은 백금에서 연료전지 반응이 일어나는 기본적인 메커니즘을 제시하고 있으며 이는 연구자들로 하여금 대안적인 전기촉매를 만들 수 있도록 도와준다. 이번 논문은 " Correlating Hydrogen Oxidation and Evolution Activity on Platinum at Different pH with Measured Hydrogen Binding Energy"라는 제목으로 게재되었다. 광범위한 테스트 과정을 거친 뒤, 연구팀은 수소결합에너지(hydrogen binding energy, 수소 분자가 금속 표면에 결합했다가 분리가 일어날 때 발생하는 에너지의 양)가 반응 속도를 결정하는데 있어서 가장 중요한 인자라는 사실을 알아낼 수 있었으며 이를 통해 연구자들은 새로운 촉매 재료를 디자인할 수 있었다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [The paper, "Correlating Hydrogen Oxidation and Evolution Activity on Platinum at Different pH with Measured Hydrogen Binding Energy," can be found here: www.nature.com/ncomms/2015/150… full/ncomms6848.html]을 참고하기 바란다. 그림: 전기촉매에 의해 아무것도 방출하지 않는 자동차가 실현될 것으로 보인다. c2.jpg physrg/news/2015-01-emissions-free-cars-characterizes-essential-reaction.html